[发明专利]一种基于涡旋电磁波的雷达目标二维成像方法

摘要

本发明公开了一种基于涡旋电磁波的雷达目标二维成像方法。本发明基于由均匀环形天线阵列生成的涡旋电磁波投射下理想散射点的回波模型，对雷达目标回波信号进行轨道角动量(OAM)模式采样并计算相关函数，运用多重信号分类(MUSIC)算法得到空间谱函数并进行二维谱峰搜索从而实现对雷达目标俯仰角和方位角的二维联合检测。本发明提出的方案与传统的基于平面波MUSIC算法的到达角(DOA)估计方案相比，能够实现更高的角度分辨率，同时相对于现有的基于涡旋电磁波的雷达目标方位角成像方案，能够在不增加硬件代价的前提下同时实现目标俯仰角的成像，这对现代新体制的雷达设计具有重要参考和借鉴意义。

主权项

1.一种基于涡旋电磁波的雷达目标二维成像方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)由均匀环形天线阵列生成的涡旋电磁波投射到由M个散射点组成的雷达目标上，各散射点以m＝1,...,M表示，为第m个散射点在雷达观测极坐标系中的位置参数，则位于该均匀环形天线阵列中心位置处的接收天线接收到的归一化回波信号S_r(l,t)可表示为：σm为第m个散射点的散射强度，Jl(kdsinθm)为l阶第一类贝塞尔函数，k为波数，d为均匀环形天线阵列的半径，l为生成的涡旋电磁波的OAM模式，s(t)为待发射的原始信号，n(l,t)与l有关的噪声项，将回波信号Sr(l,t)在OAM模式域进行N点采样，OAM模式采样值分别表示为ln，n＝1,...,N，经N点采样后得到回波信号矢量：其中，S＝[s₁(t) … s_M(t)]^T，其中n＝[n(l1,t) … n(lN,t)]T(2)采用空间平滑技术解决不同散射点回波信号之间的相关性问题，所述空间平滑技术，即将OAM模式域采样得到的N个采样值划分为b个长度相等的混合子块，每个子块包含p个采样值，p≥M，使得N＝p+b‑1，对每个子块的p个采样值分别作自相关，在高斯噪声假设下，得到自相关函数：式中R_S＝SS^H，ρ_n为噪声功率，I_p为p阶单位矩阵，对得到的b个自相关函数取平均，从而得到回波信号的自相关函数(3)对R作矩阵的特征分解，得到噪声子空间V；(4)计算空间谱函数式中导向矢量对空间谱函数在域进行二维空间谱峰搜索，从而得到M个雷达目标散射点在域的二维成像。